丙酮酸脱氢酶复合体.doc

丙酮酸脱氢酶复合体 成都医学院检验医学院 检验一队4班 任亮摘要：丙酮酸脱氢复合体广泛存在于动物、植物和微生物体内。主要是附着于线粒体上。丙酮酸脱氢酶复合体是2-氧（代）酸脱氢酶复合体中的一种。丙酮酸脱氢酶复合体是一种限速酶。主要作用是催化丙酮酸不可逆的转变为乙酰辅酶A，同时将NAD+还原成NADH，后者进入呼吸链产生ATP。丙酮酸脱氢酶复合体还使得糖的有氧氧化中的糖酵解途径和三羧酸循环联系了起来。关键词：丙酮酸脱氢酶复合体；调控机制；蛋白质的结构和功能一、丙酮酸脱氢酶复合体的组成丙酮酸脱氢酶复合体是由三种酶以及相应的辅助因子形成，因物种的不同其各种成分的所占比例不同。丙酮酸脱氢酶复合体的分子量为7106kDa。第一种酶为丙酮酸脱氢酶（E1），它的辅助因子是焦磷酸硫胺素（ThDP），所以这种酶是ThDP依赖型酶。它是以22四聚体的形式存在。、亚单位的分子量分别是41和36kDa。第二种酶为二氢硫辛酰胺转乙酰酶（E2），它的辅助因子是硫辛酸，所以这种酶是硫辛酸依赖型酶，它的分子量是52kDa。第三种为二氢硫辛酰胺脱氢酶（E3），它的辅助因子是FAD，所以这种酶是FAD依赖型酶，它的分子量是55kDa，是以二聚体的形式存在。此外，在高等生物的体内还有丙酮酸脱氢酶激酶（PDK）、丙酮酸脱氢酶磷酸酶（PDP）、E3蛋白结合酶（E3BP）和NAD+、CoA-SH。二、丙酮酸脱氢酶复合体的结构每个丙酮酸脱氢酶复合体是由30个E1、60个E2和12个E3构成的，其中60个E2相互紧密连接但是以非共价键的形式形成的核心部分，而每个E2的亚单位都是由形成核心部分的内部区域和形成外部延伸部分的“Super arm”构成的，所以一个丙酮酸脱氢酶复合体就会有60个外部延伸部分。E1是以非共价键的形式连接在E2的外部延伸部分的E1结构区域。E3则是通过E3连接蛋白与E2的核心部分相连的。三、丙酮酸脱氢酶复合体的作用机制在丙酮酸脱氢酶复合体总的催化反应中。 首先是丙酮酸在Mg2+( Mg2+结合在 ThDP 的磷酸基团上)存在下脱去的羧基与丙酮酸脱氢酶的辅助因子ThDP 形成羟乙基OThDP, 丙酮酸脱氢酶与 ThDP在 、亚单位之间的深沟内结合。然后， 羟乙基被氧化并将乙酰基转移到 E2,，即二氢硫辛酸乙酰转移酶的硫辛酰基形成中间产物乙酸硫酰胺， 同时释放出ThDP， 接下来在二氢硫辛酸乙酰转移酶催化下，乙酰硫酰胺上的乙酰基从乙酰硫辛酰基转移给辅酶A ，形成乙酰辅酶A。最后二氢硫辛酸脱氢酶E3 与二硫化物结合， 被还原的硫辛酸重新氧化并将氢递给它的辅基FAD。在氧化和脱羧过程中硫辛酸充当乙酰基载体和电子传递体。四、丙酮酸脱氢酶复合体的调节在人体中, 丙酮酸脱氢酶复合体的活性调节是由二个过程组成: ( 1) PDK 催化的 E1 的磷酸化,从而使其失去活性; ( 2) PDP 催化已磷酸化的E1 去磷酸化而使其复性。在特定的条件下还受到一下的几种因素的调节。1、 变构调节和共价修饰调节。整个反应的产物如乙酰辅酶A和NADH， 当在线粒体基质中的浓度高时, 能够直接反馈抑制PDHc的活性。这时，通常在机体中的脂肪酸氧化强于丙酮酸脱氢反应。整个反应的产物乙酰辅酶A和NADH，在抑制PDHc的活性方面扮演了重要角色。不同的营养水平下，丙酮酸的浓度变化显著，所以丙酮酸的量在PDHc活性调节中非常重要。2、 饥饿和糖尿病条件下，机体会通过调节PDK活性增加而导致PDHc的活性降低。和糖尿病条件下，会诱导线粒体PDHc的磷酸化从而使之活性降低的机制在人的多数组织中成立，但不是所有的组织都这样。3、 营养和激素调节对PDK的影响。在饥饿和糖尿病条件下，胰岛素、 肾上腺皮脂激素、 胰高血糖素和脂肪酸喂养都会影响PDK表达量的变化。五、人类丙酮酸脱氢酶复合体的缺陷医学研究及临床检测发现, PDHc缺陷是人类遗传病中的一种代谢疾病，是导致线粒体能量代谢障碍最常见的原因之一。 它是由先天的 PDHc 中E1、E2 和 E3 的基因突变所造成的糖代谢阻碍导致机体内丙酮酸大量积累, 从而引发一系列的疾病。丙酮酸脱氢酶复合体E1的缺失。E1亚单位( PDHA1) 缺陷是丙酮酸脱氢酶缺乏症最常见的原因，同时也是儿童乳酸酸中毒和早发性、退行性、神经变性病的最常见的病症。它是由于先天的PDHc 中E1、E2 和 E3 的基因突变所造成的糖代谢阻碍， 导致机体内丙酮酸大量积累，被乳酸脱氢酶催化转化为大量的乳酸。从而引起乳酸中毒， 故该疾病被取名为乳酸血症。丙酮酸脱氢酶复合体E2的缺失。E2亚单位缺乏患者不会出现神经系统的改变，主要是患有胆汁性肝硬化。该病主要发于女性，临床表现为肝内小胆管慢性渐进性损伤，伴有肝门炎症并最终发展为肝纤维化。这些患者多有抗E2的自身抗体。丙酮酸脱氢酶复合体E3和E3结合蛋白的缺失。E3 和E3 结合蛋白的缺陷很少见， 所报道的患者父母多为近亲婚配，属常染色体隐性遗传。在三羧酸循环和支链氨基酸代谢中 E3 也参与其他2个脱氢酶的组成。其中E3结合蛋白缺乏的男性患者的临床表现与PDHA1缺陷的男性患者相似,主要表现为体格、智力运动发育落后、肌张力低下、乳酸酸中毒和 Leigh 综合症。对于乳酸酸中毒合并-酮酸尿症和血浆支链氨基酸水平增高的患者应高度怀疑E3缺乏。6、 丙酮酸脱氢酶复合体在农业生产中的应用丙酮酸氧化脱羧转化为乙酰辅酶A是植物体内的关键代谢过程，是有氧代谢的关键环节, 必须在PDHc的催化下才能进行。并且，人们早已发现一些含砷、铜的农药以及某些杀菌剂都可以抑制丙酮酸脱氢酶系的活性。7、 总结丙酮酸脱氢酶复合体，作为绝大多数生物体内有氧代谢的关键酶有着举着轻重的作用。当体内缺少这种酶时，机体将无法进行正常的代谢。近年来，对丙酮酸脱氢酶复合体的结构、作用机制等的研究，对治疗机体代谢问题有着重大的帮助。参考文献1. 吴永革.丙酮酸脱氢酶多酶复合体研究进程.生命的化学,2002,22（1):69-71.2. 李凤艳.哺乳动物中丙酮酸脱氢酶复合体的活性调节.生物技术通报,2006,1:09-12.3. 王涛.丙酮酸脱氢酶系除草剂品种的新靶标